生物質高值利用：「變廢為寶」可以更高效

一提到可再生能源，人們總會先想到太陽能、風能，最後才能想到生物質能源。長期以來，生物質能源雖被納入可再生能源之列，卻始終發展得「不溫不火」。如今，我國大力推進生態文明建設，生物質的利用迎來了新的發展機遇。

5月8日至9日，香山科學會議第625次學術討論會上，科學家建議，生物質應從傳統的能源利用方式變成資源，並協同解決其中的一些基礎科學問題，同時，國家應高度重視生物質高值利用，在國家重點研發計劃中設立「生物質高效綜合利用」專項，系統開展多聯產技術創新和工程示範推廣。

換個思路謀發展

2001年，中國加入世界貿易組織，中國經濟發展進入持續、高速增長的時期。很快，化石能源短缺問題出現，並為生物質能源提供了發展空間。

在此背景下，21世紀的最初15年，生物質利用的基礎科學研究、技術研究、轉化應用、裝備研發都成為國家計劃支持的重點，一系列重大項目先後啟動。

「在重大項目的支持下，生物質利用領域取得了巨大成就。」 科技部中國農村技術開發中心主任、研究員賈敬敦說。

但是，儘管技術突破為生物質利用開創了新業態，但與太陽能、風能發展的「熱火朝天」相比，生物質能源發展仍顯得「叫好不叫座」。

習近平總書記在「十九大」報告中指出，發展清潔能源是改善能源結構、保障能源安全、推進生態文明建設的重要任務。與此同時，我國經濟由高速增長向高質量發展轉變。生物質利用面臨綠色發展的新的現實需求。

生物質包括農作物秸稈、林業剩餘物、農產品加工廢棄物、畜禽糞便、城市生活垃圾等。據統計，目前全球生物質資源有1700億噸，中國正在以不到世界7%的土地，承載著全球近三分之一的中低品位生物質排放。

「人類社會廢棄的生物質是環境污染的最大源頭，總量超過70%，若不加以充分利用，會形成嚴重的排放問題。」南京工業大學教授、中國工程院院士歐陽平凱說。

轉變生物質利用發展思路迫在眉睫。「利用生物製造，將秸稈等廢棄生物質高值化利用，對解決環境、能源、材料的轉型升級將發揮重要作用。」歐陽平凱說。

生物質有新用途

2016年底我國發布的「生物質能發展十三五規劃」指出，到2020年燃料乙醇產量達400萬噸。

製備能源是生物質最為傳統的利用方向，但目前燃料酒精大多以糧食為原料，生物質製備燃料酒精的潛能有待發掘。

「由於生物質是自然界最豐富的含碳有機大分子功能體，生物質煉製成為降低燃料酒精成本的重要途徑。以木質素高值化利用為方向的第四代燃料乙醇技術，可以使木質纖維素酒精比傳統用糧食酒精的成本降低30%以上，是提高木質纖維素酒精競爭力的有效途徑。」歐陽平凱說。

生物質還可以用來製備生物基材料。「傳統的高分子材料存在白色污染、生物安全性差等缺陷，生物基材料過程安全性高、生物可降解性好、生物安全性好、材料性能也有所提升。」歐陽平凱說。

此外，歐陽平凱表示，通過合成生物學技術改造細胞工廠，以木質纖維素水解液中的五碳糖和六碳糖為原料，可以生產油脂，緩解我國對進口大豆的依賴。

賈敬敦告訴記者，生物質能源的發展應該與美麗鄉村建設相結合，與城市發展相結合，充分發揮生物質產業技術在生態環境改善和清潔能源產品方面的雙向清潔作用。同時，技術研究應瞄準注入生物基材料、化學品、高附加值燃料等高值化的轉化途徑，利於產業的推進發展。

科技支撐高值化

生物質高值化利用的各個方向，都有亟待解決的科學問題。「生物質的高值科技，是研發高值產品的支撐。」賈敬敦在會議發言時說。

在生物質製備燃料酒精方面，中國科學院過程工程研究所研究員陳洪章表示，要使生物質煉製燃料酒精產業形成競爭力，還需要用科學研究層面破解天然生物質抗降解屏障，突破生物質轉化過程的效率問題，並實現生物質資源工農一體化利用新模式。

生物制氫過程中也存在諸多制約技術工業化應用的科學問題。「科技工作者還需要探討各類生物質原料的高效預處理、高效產氫微生物選育方法和技術、生化反應動力學特徵及調控方法、工藝技術優化方法等問題，以提高產氫效率、降低生物制氫成本。」原河南農業大學副校長張全國說。

中科院廣州能源研究所所長、研究員馬隆龍表示，生物質能轉化利用仍存在轉化過程效率低、產品附加值低、成本高等瓶頸，需要在定向解聚、催化材料等生物質高值轉化的共性科學問題方面形成新的理論突破。

在利用生物質製備新材料方面，「與發達國家相比，我國無論是在專利與產品的數量，還是產業的規模和水平上都還存在較大的差距。」中國林業科學研究院副院長儲富祥表示，我國亟待突破生物基材料生物合成、定向重組、功能化等前沿技術，開發生物基材料綠色高效製備技術，降低生產成本，提高產品經濟型與產品性能。

此外，生物質資源的開發利用是一個多學科交叉、融合的新興研究領域。「生物質資源開發利用需要物理、化學、植物學、微生物學等多個學科的知識。」在中國生物質能技術研究開發中心副理事長、中國工程院院士蔣劍春看來，促進學科間相互滲透、交叉，是解決木質纖維類生物質的重要前提。

文章來源：科學網

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